CN109090836B - 桌面高度与角度自适应调节的绘图桌 - Google Patents

Abstract

本发明公布一种桌面高度与角度自适应调节的绘图桌。包括桌板组件、前空心横梁组件、后空心横梁组件、调高机构和五杆调角机构；调高机构包括左前调高机构、右前调高机构、左后调高机构、右后调高机构；调高机构中还包括一个联动机构：五杆调角机构：前空心横梁组件、后空心横梁组件之间安装有螺杆组件，螺杆组件上安装调高螺母，螺杆组件端部安装手轮组件。桌板组件与螺杆组件之间连接连杆，桌板组件与后空心横梁组件之间连接摇杆。调高机构用于解决桌面高度调节问题，桌面高度的最大变化量与桌面平均高度的比值等于男女高度的平均变化量与平均高度的比值。五杆调角机构用于解决桌面角度调节问题，桌面倾角的调节范围为0～30°。

Description

桌面高度与角度自适应调节的绘图桌

技术领域

本发明涉及一种绘图桌，具体是一种桌面高度与角度自适应调节的绘图桌。

背景技术

在工科类的高等教育中，机械制图是必修的课程，工程图学中的基本原理，即长对正、 高平齐、宽相等，要通过绘图实践加以理解、证明与掌握，实践过程有平时作业与大作业， 机械原理有一周的课程设计，机械设计有三周的课程设计，专业课程有专业课程设计，最后 一学期是毕业设计，工科类的学生有30周左右的时间与绘图相关，尽管出现了CAD，但手工 绘图是基本功、是使用CAD绘图的前提。

当前，学生绘图有两种方案，一种是在课桌上放置图板绘图，主要是做绘图作业，第二 种是在绘图桌上绘图，主要是做课程设计与毕业设计，由于课程设计与毕业设计的连续绘图 时间很长，又由于学生的高度不同而当前的绘图桌高度相同，这就使得个子偏高与偏低的学 生常常弯腰画图，一天下来，腿疼腰酸。

发明内容

为解决目前绘图桌在以坐姿为主长时间连续绘图的不便，本发明提供一种桌面高度与角 度自适应调节的绘图桌。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种桌面高度与角度自适应调节的绘图桌，包括桌 板组件，桌板组件下前侧设有前空心横梁组件，桌板组件下后侧设有后空心横梁组件；还包 括调高机构和五杆调角机构；

调高机构：

包括安装在前空心横梁组件下的相对称的左前调高机构、右前调高机构，以及安装在后 空心横梁组件下的相对称的左后调高机构、右后调高机构，且左后调高机构与左前调高机构 相对称，右后调高机构与右前调高机构相对称；

调高机构中还包括一个联动机构：所述前空心横梁组件、后空心横梁组件上设有相对称 布置的左支撑轴组件、右支撑轴组件，以及相对称布置的左滑块组件、右滑块组件；所述左 支撑轴组件、右支撑轴组件两端分别铰接在前空心横梁组件、后空心横梁组件上，所述左滑 块组件、右滑块组件两端分别滑动安装在前空心横梁组件、后空心横梁组件上；所述左支撑 轴组件包括转动安装在前空心横梁组件、后空心横梁组件上的左支撑轴，左支撑轴上固定有 前左绳轮与后左绳轮；所述右支撑轴组件包括转动安装在前空心横梁组件、后空心横梁组件 上的右支撑轴，右支撑轴上固定有前右绳轮与后右绳轮；所述前左绳轮与前右绳轮上连接有 前同步钢丝绳，所述后左绳轮与后右绳轮上连接有后同步钢丝绳，所述左滑块组件、右滑块 组件中的一个与前、后同步钢丝绳上侧连接，左滑块组件、右滑块组件中的另一个与前、后 同步钢丝绳下侧连接；

所述左前调高机构包括安装在左支撑轴一端的左前曲柄，以及铰接在左滑块组件一端的 左前连杆；所述左前曲柄另一端铰接在左前连杆中部，左前曲柄长度是左前连杆的一半，左 前连杆另一端着地；

所述右前调高机构包括安装在右支撑轴一端的右前曲柄，以及铰接在右滑块组件一端的 右前连杆；所述右前曲柄另一端铰接在右前连杆中部，右前曲柄长度是右前连杆的一半，右 前连杆另一端着地；

所述左后调高机构包括安装在左支撑轴另一端的左后曲柄，以及铰接在左滑块组件另一 端的左后连杆；所述左后曲柄另一端铰接在左后连杆中部，左后曲柄长度是左后连杆的一半， 左后连杆另一端着地；

所述右后调高机构包括安装在右支撑轴另一端的右后曲柄，以及铰接在右滑块组件另一 端的右后连杆；所述右后曲柄另一端铰接在右后连杆中部，右后曲柄长度是右后连杆的一半， 右后连杆另一端着地；

五杆调角机构：

所述前空心横梁组件包括前空心横梁，所述后空心横梁组件包括后空心横梁，在前空心 横梁中部与后空心横梁中部之间转动安装有螺杆；所述螺杆上通过螺纹连接安装有调高螺母， 螺杆一端固定有手轮；所述桌板组件包括桌板，桌板下侧铰接有摇杆和连杆；所述连杆另一 端与调高螺母铰接，摇杆另一端与后空心横梁铰接；所述桌板下侧面靠近后空心横梁的一端 开有一段T形槽；所述桌板T形槽中滑动安装有桌板导杆，桌板导杆与后空心横梁固定连接。

其进一步是：所述桌板导杆包括一个L型支杆和一个圆柱杆，L型支杆下侧的竖直部分 通过导杆螺母固定连接在后空心横梁上，圆柱杆固定在L型支杆上侧水平部分的后端；在所 述桌板T形槽的底部嵌装有桌底导槽，圆柱杆滑动安装在桌底导槽中。

所述左前连杆中部与左后连杆中部之间通过左中轴组件连接；所述右前连杆中部与右后 连杆中部之间通过右中轴组件连接。

所述前左绳轮、前右绳轮位于前空心横梁中，后左绳轮、后右绳轮位于后空心横梁中； 所述前同步钢丝绳绕过并压紧在前左绳轮、前右绳轮上，前同步钢丝绳两端通过前钢丝绳卡 连接；所述后同步钢丝绳绕过并压紧在后左绳轮、后右绳轮上，后同步钢丝绳两端通过后钢 丝绳卡连接。

所述左滑块组件包括左动轴，左动轴两端安装有前左滑块、后左滑块；所述前左滑块滑 动安装在前空心横梁中，后左滑块滑动安装在后空心横梁中；所述前同步钢丝绳穿过前左滑 块上的孔，前左螺钉将前同步钢丝绳约束在前左滑块上；所述后同步钢丝绳穿过后左滑块上 的孔，后左螺钉将后同步钢丝绳约束在后左滑块上。

所述螺杆的后段上铣出轴向槽C₁₇，所述手轮安装在支撑套筒上，手轮销将手轮固定在支 撑套筒上；所述支撑套筒内壁固定有前后两个套筒销，前后两个套筒销与螺杆后段上的轴向 槽C₁₇组成移动副。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明以男女平均高度为绘图桌的高度基础，以男女平均高度的变化量与绘图桌的高度 变化量成正比为依据，再结合桌面的倾角可根据需要自行调节，提出一种桌面高度与角度自 适应调节的绘图桌，以解决以坐姿为主长时间连续绘图的问题，从而避免长时间连续弯腰画 图带来的腿疼腰酸问题，本绘图桌既可以放置在专用教室内，也可以摆放在图书馆的自习区。

附图说明

图1是桌面高度与角度自适应调节的绘图桌的调高机构运动分析简图；

图2是桌面高度与角度自适应调节的绘图桌的主视图；

图3是桌面高度与角度自适应调节的绘图桌的后视图；

图4是桌面高度与角度自适应调节的绘图桌的五杆调角机构运动分析简图；

图5是桌面高度与角度自适应调节的绘图桌的俯视剖面图；

图6是桌面高度与角度自适应调节的绘图桌的左视图；

图7是桌面高度与角度自适应调节的绘图桌的右视图；

图8是桌板组件的底视图；

图9是桌板组件的主视图；

图10是桌底导槽的主视图；

图11是桌底导槽的底视图；

图12是桌板导杆与导杆螺母的主视图；

图13是桌板导杆与导杆螺母的左视图；

图14是桌板导杆与导杆螺母的俯视图；

图15是前空心横梁的主视图；

图16是前空心横梁的底视图；

图17是后空心横梁的主视图；

图18是后空心横梁的俯视图；

图19是前左滑块的主视图；

图20是前左滑块的左视图；

图21是前左滑块的俯视图；

图22是前右滑块的主视图；

图23是前右滑块的左视图；

图24是前右滑块的俯视图；

图25是后左滑块的主视图；

图26是后左滑块的左视图；

图27是后左滑块的俯视图；

图28是后右滑块的主视图；

图29是后右滑块的左视图；

图30是后右滑块的俯视图；

图31是螺杆组件的主视图；

图32是螺杆组件的左视图；

图33是螺杆组件的俯视图；

图34是丁字尺不下滑的几何与受力分析图。

图中：1桌板组件；2前空心横梁组件；3左支撑轴组件；4左滑块组件；5左前曲柄；6左前连杆；7左中轴组件；8右中轴组件；9右前连杆；10右前曲柄；11右滑块组件；12右 支撑轴组件；13前同步钢丝绳；14后同步钢丝绳；15左后曲柄；16左后连杆；17螺杆组件； 18右后连杆；19右后曲柄；20后空心横梁组件；21桌底前支座；22前支座螺钉；23摇杆前 支轴；24中部第一销；25左摇杆；26右摇杆；27调高螺母；28连杆前左支轴；29连杆前右 支轴；30左调高连杆；31右调高连杆；32连杆后支轴；33中部第二销；34桌底后支座；35 后支座螺钉；36摇杆后支轴；37中部第三销；38桌底后支座组件；39手轮组件；40桌板导 杆；41导杆螺母；42丁字尺；43前钢丝绳卡；44后钢丝绳卡；

1–1桌板；1–2桌底导槽；2–1前空心横梁；2–2前左堵头；2–3前右堵头；3–1左 支撑轴；3–2前左绳轮；3–3左第一销；3–4左第一套；3–5左第二销；3–6前左挡圈； 3–7后左挡圈；3–8左第二套；3–9左第三销；3–10后左绳轮；3–11左第四销；4–1左 动轴；4–2前左滑块柏木；4–3前左螺钉；4–4前左套；4–5前左内挡圈；4–6后左内挡 圈；4–7后左滑块柏木；4–8后左螺钉；4–9后左套；61左前连杆堵头；91右前连杆堵头； 62左后连杆堵头；92右后连杆堵头；7–1左中轴；7–2左中前套；7–3左中前销；7–4左 中后套；7–5左中后销；8–1右中轴；8–2右中前套；8–3右中前销；8–4右中后套；8 –5右中后销；11–1右动轴；11–2前右套；11–3前右内挡圈；11–4前右滑块柏木；11 –5前右螺钉；11–6后右内挡圈；11–7后右滑块柏木；11–8后右螺钉；11–9后右套；12–1右支撑轴；12–2前右绳轮；12–3右第一销；12–4右第一套；12–5右第二销；12 –6前右挡圈；12–7后右挡圈；12–8右第二套；12–9右第三销；12–10后右绳轮；12– 11右第四销；17–1螺杆；17–2聚四氟乙烯前支座；17–3前中挡圈；17–4聚四氟乙烯后 支座；17–5后中挡圈；20–1后空心横梁；20–2后左堵头；20–3后右堵头；38–1桌底 后侧板；38–2左耳座；38–3右耳座；38–4铆钉；39–1手轮；39–2支撑套筒；39–3手 轮销；39–4套筒销。

图中符号：O₁左曲柄相对于空心横梁的转动副；H₁桌面的最高高度；H₂桌面高度的最大变 化量；H₃桌面的最低高度；H₄空心横梁上转动副中心到桌面的距离；H₅连杆下端堵头的圆弧半 径；A左连杆与左滑块组成的转动副；B左曲柄与左连杆组成的转动副；C左连杆的下端点； A₁升高时左连杆与左滑块组成的转动副；B₁升高时左曲柄与左连杆组成的转动副；C₁升高时左 连杆的下端点；A₂降低时左连杆与左滑块组成的转动副；B₂降低时左曲柄与左连杆组成的转 动副；C₂降低时左连杆的下端点；θ曲柄与水平线的夹角、连杆与水平线的夹角；O₂右曲柄 相对于空心横梁的转动副；D右连杆与右滑块组成的转动副；E右曲柄与右连杆组成的转动副； G右连杆的下端点；D₁升高时右连杆与右滑块组成的转动副；E₁升高时右曲柄与右连杆组成的 转动副；G₁升高时右连杆的下端点；D₂降低时右连杆与右滑块组成的转动副；E₂降低时右曲柄 与右连杆组成的转动副；G₂降低时右连杆的下端点；F₁地面对左连杆的支撑力；F₁f₁地面对左 连杆的摩擦阻力；F₂左曲柄对左连杆的支撑力；F₃桌面及其外界对左滑块组件的作用力；F₃f₃空心横梁对左滑块组件的摩擦阻力；I调高连杆与调高螺母组成的转动副；J调高连杆与桌面 组成的转动副；K支撑摇杆与桌面组成的转动副；S调高螺母与螺杆组成的螺旋副；O₃支撑摇 杆与后空心横梁组成的转动副；L安装在后空心横梁上的桌面导杆前端与桌下后部T形槽组 成的高副；O₄螺杆与前空心横梁组成的转动副；O₅螺杆与后空心横梁组成的转动副；M桌板倾 斜时桌板底面与后空心横梁后上棱的接触线；C₂₁前方空心横梁左内导槽；C₂₂前方空心横梁右 内导槽；K₂₀前方空心横梁中孔；C₂₃后方空心横梁左内导槽；C₂₄后方空心横梁右内导槽；C₁₇螺杆前端导槽；C₄₇后左滑块上的让位槽；C₁₁₇后右滑块上的让位槽；α桌面的最大倾角；B_d丁字尺的端头宽度；L_d丁字尺的绘图长度；m_d丁字尺的质量；F_d图板对丁字尺上端头的作用力； f_d图板与丁字尺之间的摩擦系数；R_d丁字尺的长度零点与宽度中心线的交点。

具体实施方式

以下是本发明的一个具体实施例，现结合附图对本发明做进一步说明。

结合图1至图5所示，一种桌面高度与角度自适应调节的绘图桌，包括平行相对布置的 前空心横梁组件2、后空心横梁组件20，前空心横梁组件2、后空心横梁组件20上放置桌板 组件1。前空心横梁组件2、后空心横梁组件20下连接有调高机构，前空心横梁组件2、后 空心横梁组件20与桌板组件1之间设有五杆调角机构。

再结合图6和图7所示，调高机构：

包括安装在前空心横梁组件2下的相对称的左前调高机构、右前调高机构，以及安装在 后空心横梁组件20下的相对称的左后调高机构、右后调高机构，且左后调高机构与左前调高 机构相对称，右后调高机构与右前调高机构相对称。

各调高机构之间设有一个联动机构，使得各调高机构能同步协调运作：

前空心横梁组件2、后空心横梁组件20上设有相对称布置的左支撑轴组件3、右支撑轴 组件12，以及相对称布置的左滑块组件4、右滑块组件11。左支撑轴组件3、右支撑轴组件 12两端分别铰接在前空心横梁组件2、后空心横梁组件20上，左滑块组件4、右滑块组件11 两端分别滑动安装在前空心横梁组件2、后空心横梁组件20上。左支撑轴组件3包括转动安 装在前空心横梁组件2、后空心横梁组件20上的左支撑轴3–1，左支撑轴3–1上固定有左绳轮；右支撑轴组件12包括转动安装在前空心横梁组件2、后空心横梁组件20上的右支撑轴12–1，右支撑轴12–1上固定有右绳轮；左绳轮、右绳轮上连接有同步钢丝绳。左滑块 组件4、右滑块组件11中的一个与同步钢丝绳上侧连接，左滑块组件4、右滑块组件11中的 另一个与同步钢丝绳下侧连接。

左前调高机构：

左前调高机构包括安装在左支撑轴3–1一端的左前曲柄5，以及铰接在左滑块组件4一 端的左前连杆6；左前曲柄5另一端铰接在左前连杆6中部，左前曲柄5长度是左前连杆6的一半，左前连杆6另一端着地且设有左前连杆堵头61；

右前调高机构：

右前调高机构包括安装在右支撑轴12–1一端的右前曲柄10，以及铰接在右滑块组件11 一端的右前连杆9；右前曲柄10另一端铰接在右前连杆9中部，右前曲柄10长度是右前连 杆9的一半，右前连杆9另一端着地且设有右前连杆堵头91；

左后调高机构：

左后调高机构包括安装在左支撑轴3–1另一端的左后曲柄15，以及铰接在左滑块组件4 另一端的左后连杆16；左后曲柄15另一端铰接在左后连杆16中部，左后曲柄15长度是左 后连杆16的一半，左后连杆16另一端着地且设有左后连杆堵头62；

右后调高机构：

右后调高机构包括安装在右支撑轴12–1另一端的右后曲柄19，以及铰接在右滑块组件 11另一端的右后连杆18；右后曲柄19另一端铰接在右后连杆18中部，右后曲柄19长度是 右后连杆18的一半，右后连杆18另一端着地且设有右后连杆堵头92；

左前连杆6中部与左后连杆16中部之间通过左中轴组件7连接；右前连杆9中部与右后 连杆18中部之间通过右中轴组件8连接。

通过左支撑轴3–1、右支撑轴12–1，以及绳轮、同步钢丝绳将滑块组件4、右滑块组件11的滑动同步起来，保证滑块组件4、右滑块组件11同步相向或者相离，再配合上左中 轴组件7、右中轴组件8保证各调高机构的同步。

具体的，结合图15至图18所示，前空心横梁组件2：前空心横梁2–1的左端安装材料为硬橡胶的前左堵头2–2，前空心横梁2–1的右端安装材料为硬橡胶的前右堵头2–3。后 空心横梁组件20：后空心横梁20–1的左端安装材料为硬橡胶的后左堵头20–2，后空心横 梁20–1的右端安装材料为硬橡胶的后右堵头20–3。前空心横梁2–1、后空心横梁20–1 两端开有用于安装左支撑轴组件3、右支撑轴组件12的安装孔，前空心横梁2–1、后空心横 梁20–1中有与左滑块组件4、右滑块组件11配合的滑道，前空心横梁2–1、后空心横梁 20–1内侧开有与左滑块组件4、右滑块组件11配合的通槽。后空心横梁20–1外侧还开有 与手轮组件39配合的沉孔。

具体的，结合图1至图5所示，左支撑轴组件3：

左支撑轴3–1的前部安装在前空心横梁2–1的左端的孔中；前左绳轮3–2安装在左支 撑轴3–1的前侧，左第一销3–3将前左绳轮3–2固定在左支撑轴3–1上；前同步钢丝绳 13压紧绕过前左绳轮3–2，前钢丝绳卡43将前同步钢丝绳13的两端张紧后连接起来。左前 曲柄5的顶端安装在左支撑轴3–1上，左第一套3–4用于确定左前曲柄5在左支撑轴3–1 上的位置，左第二销3–5将左第一套3–4固定在左支撑轴3–1上。前左挡圈3–6约束左 支撑轴3–1不能相对于前空心横梁2–1向前移动，后左挡圈3–7约束左支撑轴3–1不能 相对于后空心横梁20–1向后移动。左第二套3–8用于确定左后曲柄15在左支撑轴3–1上 的位置，左第三销3–9将左第二套3–8固定在左支撑轴3–1上。左第四销3–11将后左绳 轮3–10固定在左支撑轴3–1上，后同步钢丝绳14压紧绕过后左绳轮3–10，后钢丝绳卡 44将后同步钢丝绳14的两端张紧后连接起来。

同上所述，右支撑轴组件12：

右支撑轴12–1的前部安装在前空心横梁2–1的右端的孔中，前右绳轮12–2安装在右 支撑轴12–1的前侧，右第一销12–3将前右绳轮12–2固定在右支撑轴12–1上，前同步 钢丝绳13压紧绕过前右绳轮12–2。右前曲柄10的顶端安装在右支撑轴12–1上，右第一 套12–4用于确定右前曲柄10在右支撑轴12–1上的位置，右第二销12–5将右第一套12 –4固定在右支撑轴12–1上。前右挡圈12–6约束右支撑轴12–1不能相对于前空心横梁2 –1向前移动，后右挡圈12–7约束右支撑轴12–1不能相对于后空心横梁20–1向后移动。 右第二套12–8用于确定右后曲柄19在右支撑轴12–1上的位置，右第三销12–9将右第二 套12–8固定在右支撑轴12–1上。右第四销12–11将后右绳轮12–10固定在右支撑轴12 –1上，后同步钢丝绳14压紧绕过后右绳轮12–10。

再结合图19至图21，图25至图27所示，左滑块组件4：

左动轴4–1的前段安装前左套4–4，左前连杆6安装在左动轴4–1上且与前左套4–4接触。材料为柏木的前左滑块4–2安装在左动轴4–1上且与前左套4–4接触，前同步钢丝 绳13穿过前左滑块4–2上的孔，前左螺钉4–3将前同步钢丝绳13约束在前左滑块4–2上。 前左内挡圈4–5约束左动轴4–1不能相对于前空心横梁2–1向前移动，后左内挡圈4–6 约束左动轴4–1不能相对于后空心横梁20–1向后移动。材料为柏木的后左滑块4–7安装 在左动轴4–1上，后同步钢丝绳14穿过后左滑块4–7上的孔，后左螺钉4–8将后同步钢 丝绳14约束在后左滑块4–7上；后左滑块4–7上的槽C₄₇用于避免与铆钉38–4中的左侧 铆钉头部碰撞。左动轴4–1的后端安装后左套4–9，左后连杆16安装在左动轴4–1上且 与后左套4–9接触。

同上所述，再结合图22至图24，图28至图30所示，右滑块组件11：

右动轴11–1的前段安装前右套11–2，右前连杆9安装在右动轴11–1上且与前右套11–2接触。材料为柏木的前右滑块11–4安装在右动轴11–1上且与前右套11–2接触， 前同步钢丝绳13穿过前右滑块11–4上的孔，前右螺钉11–5将前同步钢丝绳13约束在前 右滑块11–4上。前右内挡圈11–3约束右动轴11–1不能相对于前空心横梁2–1向前移动， 后右内挡圈11–6约束右动轴11–1不能相对于后空心横梁20–1向后移动。材料为柏木的 后右滑块11–7安装在右动轴11–1上，后同步钢丝绳14穿过后右滑块11–7上的孔，后右 螺钉11–8将后同步钢丝绳14约束在后右滑块11–7上；后右滑块11–7上的槽C₁₁₇用于避 免与铆钉38–4中的右侧铆钉头部碰撞。右动轴11–1的后端安装后右套11–9，右后连杆 18安装在右动轴11–1上且与后右套11–9接触。

结合图4所示，左中轴组件7：

左中轴7–1穿过左前曲柄5、左后曲柄15下端，以及左前连杆6、左后连杆16中间的孔。左中前套7–2将左前曲柄5与左前连杆6轴向隔开。左中前销7–3为弹性开口销，左 中前销7–3将左前连杆6固定在左中轴7–1上。左中后套7–4将左后曲柄15与左后连杆 16轴向隔开。左中后销7–5为弹性开口销，左中后销7–5将左后连杆16固定在左中轴7 –1上。这样的连接关系使左前连杆6与左后连杆16实现同步的相对移动。

同理，结合图5所示，右中轴组件8：

右中轴8–1穿过右前曲柄10、右后曲柄19下端，以及右前连杆9、右后连杆18中间的孔。右中前套8–2将右前曲柄10与右前连杆9轴向隔开。右中前销8–3为弹性开口销，右 中前销8–3将右前连杆9固定在右中轴8–1。右中后套8–4将右后曲柄19与右后连杆18 轴向隔开。右中后销8–5为弹性开口销，右中后销8–5将右后连杆18固定在右中轴8–1。 这样的连接关系使右前连杆9与右后连杆18实现同步的相对移动。

结合图2，以及图4至图7所示，五杆调角机构：

在前空心横梁2-1中部与后空心横梁20–1中部之间安装有螺杆组件17，螺杆组件17 上安装有调高螺母27，螺杆组件17端部安装手轮组件39。桌板组件1与螺杆组件17之间连 接连杆，桌板组件1与后空心横梁20–1之间连接摇杆。通过手轮组件39控制螺杆组件17转动，进而控制调高螺母27的位移，带动桌板组件1调节角度。

具体的，螺杆组件17：

调高螺母27与螺杆17–1组成螺旋副。螺杆17–1作为螺旋传动的螺杆，材料为聚四氟 乙烯的前支座17–2安装在前空心横梁2–1内侧的孔里作为螺杆17–1前段的滑动轴承，前中挡圈17–3安装在螺杆17–1上以阻止螺杆17–1向前移动。材料为聚四氟乙烯的后支座 17–4安装在后空心横梁20–1内侧的孔里作为螺杆17–1中后段的滑动轴承，后中挡圈17 –5安装在螺杆17–1上以阻止螺杆17–1向后移动。

手轮组件39：

螺杆17–1的后段上铣出轴向槽C₁₇，手轮39–1安装在支撑套筒39–2上，手轮销39 –3将手轮39–1固定在支撑套筒39–2上，支撑套筒39–2与螺杆17–1的后段组成圆柱 副。前后两个套筒销39–4安装在支撑套筒39–2前段的孔中，前后两个套筒销39–4与螺 杆17–1后段上的轴向槽C₁₇组成移动副。当需要改变桌面的倾角时，用手将手轮39–1从后 空心横梁20–1里拔出，顺时针方向转动手轮39–1，则桌面的倾角变大，逆时针方向转动 手轮39–1，则桌面的倾角变小，不用时，将手轮39–1推入后空心横梁20–1里。

再结合图31至图33所示，摇杆：

桌底前支座21通过四根前支座螺钉22连接在桌板1–1的前底面，左摇杆25和右摇杆 26通过摇杆前支轴23与桌底前支座21上两侧的孔组成转动副，中部第一销24将左摇杆25 和右摇杆26定位在摇杆前支轴23上。左耳座38–2与右耳座38–3分别焊接在桌底后侧板38–1的前面，两根铆钉38–4将桌底后侧板38–1固连在后空心横梁20–1的内侧。左摇 杆25和右摇杆26通过摇杆后支轴36与左耳座38–2与右耳座38–3上的孔组成转动副，中 部第三销37将左摇杆25和右摇杆26定位在摇杆后支轴36上。

连杆：

左调高连杆30与连杆前左支轴28组成转动副，连杆前左支轴28与调高螺母27左侧的 孔为小过盈配合。右调高连杆31与连杆前右支轴29组成转动副，连杆前右支轴29与调高螺 母27右侧的孔为小过盈配合。桌底后支座34通过四根后支座螺钉35连接在桌板1–1的后底面，左调高连杆30和右调高连杆31通过连杆后支轴32与桌底后支座34上两侧的孔组成转动副，中部第二销33将左调高连杆30和右调高连杆31定位在连杆后支轴32上。

结合图7至图14所示，桌板1-1下侧面靠近后空心横梁20–1的一端开有一段T形槽，在桌板1-1T形槽的底部嵌装有桌底导槽1–2。桌板导杆40包括一个L型支杆和一个圆直杆，L型支杆下侧的竖直部分通过导杆螺母41固定连接在后空心横梁20–1上，圆直杆固定在L型支杆上侧水平部分的后端；圆直杆滑动安装在桌底导槽1–2中。桌板导杆40的上部为桌面倾角变化时提供引导。

如图1所示的桌面高度与角度自适应调节的绘图桌的调高机构运动分析简图，以O₁点为 坐标原点设置坐标系O₁xy，左前连杆6上的AC＝2AB＝2BC＝2O₁B，左前连杆6上的C点的 水平坐标x_C＝O₁Bcos(2π–θ)+BCcos(θ+π)＝0，左前连杆6上的C点的垂直坐标 y_C＝O₁Bsin(2π–θ)+BCsin(θ+π)＝–2O₁Bsinθ；x_C＝0说明桌腿与地面的支点位 置保持不变，y_C＝–2O₁Bsinθ为桌子腿的当前高度。

地面对左连杆的支撑力为F₁，地面对左连杆的摩擦阻力为F₁f₁，左曲柄对左连杆的支撑 力为F₂，桌面及其外界对左滑块组件的作用力F₃，空心横梁对左滑块组件的摩擦阻力为F₃f₃， 曲柄与水平线的夹角为θ，连杆与水平线的夹角为θ，当左连杆试图顺时针方向自摆时，左 连杆的力平衡方程为

F₁–F₃–F₂sinθ＝0 (1)

F₁f₁–F₃f₃+F₂cosθ＝0 (2)

F₁f₃–F₃f₃＝F₂f₃sinθ

F₁f₁–F₃f₃＝–F₂cosθ

F₁(f₃–f₁)＝F₂(f₃sinθ+cosθ)

F₂＝F₁(f₃–f₁)/(f₃sinθ+cosθ) (3)

F₁cosθ–F₃cosθ–F₂sinθcosθ＝0

F₁f₁sinθ–F₃f₃sinθ+F₂cosθsinθ＝0

F₁(cosθ+f₁sinθ)–F₃(cosθ+f₃sinθ)＝0

F₃＝F₁(cosθ+f₁sinθ)/(cosθ+f₃sinθ) (4)

左连杆上A点与C点之间的长度L_z＝AC＝2AB，以B点为力矩的中心，左连杆自锁的力 矩条件为

0.5F₁L_z cosθ+0.5F₃L_z cosθ＜0.5F₁f₁L_z sinθ+0.5F₃f₃L_z sinθ

F₁cosθ+F₃cosθ＜F₁f₁sinθ+F₃f₃sinθ

F₁cosθ+F₁(cosθ+f₁sinθ)cosθ/(cosθ+f₃sinθ)＜F₁f₁sinθ+F₁(cos θ+f₁sinθ)f₃sinθ/(cosθ+f₃sinθ)

cosθ+(cosθ+f₁sinθ)cosθ/(cosθ+f₃sinθ)＜f₁sinθ+(cosθ+f₁ sinθ)f₃sinθ/(cosθ+f₃sinθ)

cosθ(cosθ+f₃sinθ)+(cosθ+f₁sinθ)cosθ＜f₁sinθ(cosθ+f₃sin θ)+(cosθ+f₁sinθ)f₃sinθ

cosθcosθ+f₃sinθcosθ+cosθcosθ+f₁sinθcosθ＜f₁sinθcosθ+f₁f₃sin θsinθ+f₃sinθcosθ+f₁f₃sinθsinθ

cosθcosθ＜f₁f₃sinθsinθ

tan²θ＞(1/f₁f₃)

柏木与钢板的摩擦系数f₃＝0.6，橡胶与地面的摩擦系数f₁＝0.7，于是θ_min为

本专利设计中，结构约束θ_min＝60°；

本专利设计中，桌面的最高高度H₁、桌面高度的最大变化量H₂、桌面的最低高度为H₃， 桌面高度的最大变化量H₂与0.5(H₁+H₃)的比值i_b分别为

H₁＝L_z sinθ_max+H₄+H₅ (6)

H₃＝L_z sinθ_min+H₄+H₅ (7)

H₂＝L_z(sinθ_max-sinθ_min) (8)

H_b＝2H₂/(H₁+H₃)＝2L_z(sinθ_max-sinθ_min)/(L_z sinθ_max+L_z sinθ_min+2H₄+2H₅) (9)

本实施例中，θ_max＝85°，θ_min＝60°，H₁＝0.88m，H₄＝0.062m，H₅＝0.025m， 于是连杆上A点与C点之间的长度L_z为

L_z＝(H₁-H₄-H₅)/sinθ_max (10)

L_z＝(H₁-H₄-H₅)/sinθ_max＝(0.88-0.062-0.025)/sin85°＝0.796m

桌面的最低高度为H₃为

H₃＝L_z sinθ_min+H₄+H₅＝0.796sin60°+0.062+0.025＝0.776m

桌面高度的最大变化量H₂与0.5(H₁+H₃)的比值i_b为

i_b＝2L_z(sinθ_max-sinθ_min)/(L_z sinθ_max+L_z sinθ_min+2H₄+2H₅)

＝2×0.796(sin85°-sin60°)/(0.796sin85°+0.796sin60°+2×0.062+2×0.025)＝0.125

取男生与女生的平均高度为1.68m，偏高的平均值为1.785m，偏低的平均值为1.575m， 平均高度的变化量为1.785–1.575＝0.21m，平均高度的变化量与平均高度的比值i_P＝ 0.21/1.68＝0.125；男女高度的平均变化量与平均高度的比值i_P等于桌面高度的最大变化量 与桌面平均高度的比值i_b。

如图4所示的桌面高度与角度自适应调节的绘图桌的五杆调角机构运动分析简图，和图 34所示的丁字尺不下滑的几何与受力分析图。左摇杆25与右摇杆26成为该机构的摇杆，该 摇杆的前端与桌板1–1组成转动副K，该摇杆的后端与后空心横梁20–1组成转动副O₃，左 调高连杆30与右调高连杆31成为该机构的连杆，该连杆的前端与调高螺母27组成转动副I， 该连杆的后端与桌板1–1组成转动副J，桌底导槽1–2镶嵌在桌板1–1后中下部的T形槽 内组成桌板组件1，导杆螺母41将桌面导杆40固连在后空心横梁20–1上，桌底导槽1–2与桌面导杆40的顶部组成高副L，桌板1–1与后空心横梁20–1后上角的接触线为M，螺杆 17–1的前端与前空心横梁2–1组成转动副O₄，螺杆17–1的后段与后空心横梁20–1组成 转动副O₅，螺杆17–1的末段与手轮39–1组成移动副，螺杆17–1与调高螺母27组成螺旋 副S，由调高螺母27，成对的调高连杆30与31，桌面组件1，成对的摇杆25与26，桌面导 杆40与后空心横梁20–1固连后成为“机架”，它们组成桌面的五杆调角机构。

其中低副为S，I，J，K与O₃，高副为L，五杆调角机构的自由度F₅＝3n－2P_L－1P_H＝3× 4－2×5－1×1＝1，桌面倾角的调节范围为0～30°，30°由丁字尺与木质图板、丁字尺与图纸的摩擦系数确定，丁字尺与木质图板的当量摩擦系数小于0.62，丁字尺与固定在图板上 图纸的当量摩擦系数小于0.55，取丁字尺的总长度L_dz＝55+900+100mm＝1055mm，丁 字尺的绘图长度L_d＝900+100mm＝1000mm，丁字尺的端头宽度B_d＝300mm，丁字尺的 质量为m_d，丁字尺与固定在图板上图纸的当量摩擦系数为f_d，图板对丁字尺上端头的作用力 为F_d，以R_d为力矩的中心，丁字尺试图下滑的力矩平衡方程为

0.5(m_dgsinα–m_dgcosα×f_d)L_d＝0.5F_d·B_d (11)

图板对丁字尺上端头的作用力F_d为

F_d＝(m_dgsinα–m_dgcosα×f_d)L_d/B_d (12)

丁字尺不下滑的力平衡方程为

m_dgcosα×f_d+F_d·f_d≥m_dgsinα (13)

m_dgcosα×f_d+f_d(m_dgsinα–m_dgcosα×f_d)L_d/B_d≥m_dgsinα

cosα×f_d+f_d(sinα–cosα×f_d)L_d/B_d≥sinα

cosα×f_d+f_dsinαL_d/B_d–f_d ²cosαL_d/B_d≥sinα

tanα≤f_d+f_dtanαL_d/B_d–f_d ²L_d/B_d

tanα(1–f_dL_d/B_d)≤f_d–f_d ²L_d/B_d

tanα≤(f_d–f_d ²L_d/B_d)/(1–f_dL_d/B_d)

桌面的最大倾角α为

α≤arctan[(f_d–f_d ²L_d/B_d)/(1–f_dL_d/B_d)] (14)

α≤arctan[(0.55–0.55²×1000/300)/(1–0.55×1000/300)]＝28.811°；

当将丁字尺的端头与图板压紧后松手，最大倾角α可达30°，本专利设计取α＝30°。

当桌面倾角调节好之后，桌板组件1的底面与后空心横梁20–1后上角的接触线为M， 调高螺母27相对静止，此时，调高螺母27与成对的调高连杆30与31组成转动副I₂，调高连杆30与31与桌板组件1组成转动副J₂，桌板组件1与成对的摇杆25和26组成转动副K₂， 成对的摇杆25和26与后空心横梁20–1组成转动副O₃，调高螺母27与通过固连在后空心横 梁20–1上的桌面导杆40成为“机架”，它们组成四杆桌面约束机构，低副为I₂，J₂，K₂与 O₃，高副为L，四杆桌面约束机构的自由度F₄＝3n－2P_L－1P_H＝3×3－2×4－1×1＝0，在桌板 重力以及绘图者部分重力的作用下，桌板组件1的底面与后空心横梁20–1后上角的接触线 M承载大部分的压力，成对的摇杆25和26承载小部分的压力，成对的调高连杆30与31保 持桌板组件1的姿态，承载很小部分的压力，从而使螺杆17–1上受到的横向力很小，防止 较大的横向力导致螺杆17–1弯曲变形，这里使用了变机构与变自由度的原理，当需要相对 运动时，使用自由度为1的五杆调角机构，当需要相对静止时，使用自由度为0的四杆桌面 约束机构，同时使用了桌板组件1的底面与后空心横梁20–1后上角的接触线M承载大部分 的压力。

Claims (6)

1.一种桌面高度与角度自适应调节的绘图桌，其特征在于：包括桌板组件（1），桌板组件（1）下前侧设有前空心横梁组件（2），桌板组件（1）下后侧设有后空心横梁组件（20）；还包括调高机构和五杆调角机构；

调高机构：

包括安装在前空心横梁组件（2）下的相对称的左前调高机构、右前调高机构，以及安装在后空心横梁组件（20）下的相对称的左后调高机构、右后调高机构，且左后调高机构与左前调高机构相对称，右后调高机构与右前调高机构相对称；

调高机构中还包括一个联动机构：所述前空心横梁组件（2）、后空心横梁组件（20）上设有相对称布置的左支撑轴组件（3）、右支撑轴组件（12），以及相对称布置的左滑块组件（4）、右滑块组件（11）；所述左支撑轴组件（3）、右支撑轴组件（12）两端分别铰接在前空心横梁组件（2）、后空心横梁组件（20）上，所述左滑块组件（4）、右滑块组件（11）两端分别滑动安装在前空心横梁组件（2）、后空心横梁组件（20）上；所述左支撑轴组件（3）包括转动安装在前空心横梁组件（2）、后空心横梁组件（20）上的左支撑轴（3–1），左支撑轴（3–1）上固定有前左绳轮（3–2）与后左绳轮（3–10）；所述右支撑轴组件（12）包括转动安装在前空心横梁组件（2）、后空心横梁组件（20）上的右支撑轴（12–1），右支撑轴（12–1）上固定有前右绳轮（12–2）与后右绳轮（12–10）；所述前左绳轮（3–2）与前右绳轮（12–2）上连接有前同步钢丝绳（13），所述后左绳轮（3–10）与后右绳轮（12–10）上连接有后同步钢丝绳（14），所述左滑块组件（4）、右滑块组件（11）中的一个与前、后同步钢丝绳（13、14）上侧连接，左滑块组件（4）、右滑块组件（11）中的另一个与前、后同步钢丝绳（13、14）下侧连接；

所述左前调高机构包括安装在左支撑轴（3–1）一端的左前曲柄（5），以及铰接在左滑块组件（4）一端的左前连杆（6）；所述左前曲柄（5）另一端铰接在左前连杆（6）中部，左前曲柄（5）长度是左前连杆（6）的一半，左前连杆（6）另一端着地；

所述右前调高机构包括安装在右支撑轴（12–1）一端的右前曲柄（10），以及铰接在右滑块组件（11）一端的右前连杆（9）；所述右前曲柄（10）另一端铰接在右前连杆（9）中部，右前曲柄（10）长度是右前连杆（9）的一半，右前连杆（9）另一端着地；

所述左后调高机构包括安装在左支撑轴（3–1）另一端的左后曲柄（15），以及铰接在左滑块组件（4）另一端的左后连杆（16）；所述左后曲柄（15）另一端铰接在左后连杆（16）中部，左后曲柄（15）长度是左后连杆（16）的一半，左后连杆（16）另一端着地；

所述右后调高机构包括安装在右支撑轴（12–1）另一端的右后曲柄（19），以及铰接在右滑块组件（11）另一端的右后连杆（18）；所述右后曲柄（19）另一端铰接在右后连杆（18）中部，右后曲柄（19）长度是右后连杆（18）的一半，右后连杆（18）另一端着地；

五杆调角机构：

所述前空心横梁组件（2）包括前空心横梁（2-1），所述后空心横梁组件（20）包括后空心横梁（20–1），在前空心横梁（2-1）中部与后空心横梁（20–1）中部之间转动安装有螺杆（17–1）；所述螺杆（17–1）上通过螺纹连接安装有调高螺母（27），螺杆（17–1）一端固定有手轮（39–1）；所述桌板组件（1）包括桌板（1-1），桌板（1-1）下侧铰接有摇杆和连杆；所述连杆另一端与调高螺母（27）铰接，摇杆另一端与后空心横梁（20–1）铰接；所述桌板（1-1）下侧面靠近后空心横梁（20–1）的一端开有一段T形槽；所述桌板（1-1）T形槽中滑动安装有桌板导杆（40），桌板导杆（40）与后空心横梁（20–1）固定连接；

桌面的最高高度H₁＝0.88m；

桌面的最低高度为H₃＝0.776m；

空心横梁上转动副中心到桌面的距离H₄＝0.062m；

连杆下端堵头的圆弧半径H₅＝0.025m；

曲柄与水平线的夹角θ_max＝85°；

曲柄与水平线的夹角θ_min＝60°；

桌面高度的最大变化量H₂与0.5(H₁+H₃)的比值i_b为0.125。

2.根据权利要求1所述的桌面高度与角度自适应调节的绘图桌，其特征在于：所述桌板导杆（40）包括一个L型支杆和一个圆柱杆，L型支杆下侧的竖直部分通过导杆螺母（41）固定连接在后空心横梁（20–1）上，圆柱杆固定在L型支杆上侧水平部分的后端；在所述桌板（1-1）T形槽的底部嵌装有桌底导槽（1–2），圆柱杆滑动安装在桌底导槽（1–2）中。

3.根据权利要求1所述的桌面高度与角度自适应调节的绘图桌，其特征在于：所述左前连杆（6）中部与左后连杆（16）中部之间通过左中轴组件（7）连接；所述右前连杆（9）中部与右后连杆（18）中部之间通过右中轴组件（8）连接。

4.根据权利要求1所述的桌面高度与角度自适应调节的绘图桌，其特征在于：所述前左绳轮（3–2）、前右绳轮（12–2）位于前空心横梁（2-1）中，后左绳轮（3–10）、后右绳轮（12–10）位于后空心横梁（20–1）中；所述前同步钢丝绳（13）绕过并压紧在前左绳轮（3–2）、前右绳轮（12–2）上，前同步钢丝绳（13）两端通过前钢丝绳卡（43）连接；所述后同步钢丝绳（14）绕过并压紧在后左绳轮（3–10）、后右绳轮（12–10）上，后同步钢丝绳（14）两端通过后钢丝绳卡（44）连接。

5.根据权利要求4所述的桌面高度与角度自适应调节的绘图桌，其特征在于：所述左滑块组件（4）包括左动轴（4–1），左动轴（4–1）两端安装有前左滑块（4–2）、后左滑块（4–7）；所述前左滑块（4–2）滑动安装在前空心横梁（2-1）中，后左滑块（4–7）滑动安装在后空心横梁（20–1）中；所述前同步钢丝绳（13）穿过前左滑块（4–2）上的孔，前左螺钉（4–3）将前同步钢丝绳（13）约束在前左滑块（4–2）上；所述后同步钢丝绳（14）穿过后左滑块（4–7）上的孔，后左螺钉（4–8）将后同步钢丝绳（14）约束在后左滑块（4–7）上。

6.根据权利要求1所述的桌面高度与角度自适应调节的绘图桌，其特征在于：所述螺杆（17–1）的后段上铣出轴向槽C ₁₇，所述手轮（39–1）安装在支撑套筒（39–2）上，手轮销（39–3）将手轮（39–1）固定在支撑套筒（39–2）上；所述支撑套筒（39–2）内壁固定有前后两个套筒销（39–4），前后两个套筒销（39–4）与螺杆（17–1）后段上的轴向槽C ₁₇组成移动副。

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